什么是HISAT2？探索这一工具的功能与应用

HISAT2是一款由Daehwan Kim、Christopher Bennett和Steven Salzberg（Johns Hopkins University）等人开发的高效的基因组比对软件，专为高通量测序数据设计，它主要用于将RNA序列数据比对到参考基因组上，是HISAT的升级版，引入了分层索引（hierarchical indexing）和全局Ferragina-Manzini (FM)索引结合多个局部FM索引等关键技术，以下是关于HISAT2的详细回答：

一、HISAT2的特点与优势

1、高效性：HISAT2能够在几小时内处理数百个样本的数据，相比其他比对工具如Bowtie2和BWA，它在处理时间和内存使用上更加高效。

2、低内存消耗：由于其创新的索引策略，HISAT2在运行时的内存需求相对较低，这使得它能够在标准配置的计算机上运行大规模数据集。

3、灵活性：支持多种测序平台和数据类型，包括单端和双端测序数据。

4、强大的比对能力：HISAT2特别擅长处理基因组中的变异和间隙，如SNPs（单核苷酸多态性）和小型插入缺失（indels），从而能够提供更精确的比对结果。

5、易用性：提供简单的命令行接口，方便操作和集成到自动化流程中。

二、HISAT2的安装与使用

安装方法

1、conda安装：

   conda create -n RNAseq conda activate RNAseq conda install -y hisat2

2、二进制包安装：

除了源码包，官网也提供了Linux和MacOS的二进制版，推荐采用预编译二进制安装，下载解压即可使用。

   wget -c https://cloud.biohpc.swmed.edu/index.php/s/oTtGWbWjaxsQ2Ho/download #修改下载的文件名
   mv download hisat2_2.21.zip
   unzip hisat2_2.21.zip
   cd hisat2-2.2.1/
   ./hisat2 -h

使用步骤

1、构建参考基因组索引：

   mkdir hisat2_indx
   hisat2-build -p 6 ~/reference/human/CRCh38/GRCh38.p14.genome.fa ./GRCh38_genome

2、比对：

单端比对：

     ~/software/test/hisat2-2.2.1/hisat2 -p 2 -x ~/reference/human/hisat2_indx/GRCh38_genome -U ~/hisat_test/SRR7707754.fastq.gz -S ./test_single.sam

双端比对：

     ~/software/test/hisat2-2.2.1/hisat2 -p 2 -x ~/reference/human/hisat2_indx/GRCh38_genome -1 ~/hisat_test/sample_1.fastq.gz -2 ~/hisat_test/sample_2.fastq.gz -S ./test.sam

三、HISAT2的应用场景

HISAT2适用于广泛的生物信息学研究领域，包括但不限于：

1、基因变异检测：在全基因组关联研究（GWAS）和遗传疾病研究中，HISAT2能帮助识别个体间的遗传差异。

2、转录组学研究：研究基因表达水平变化，如癌症或其他疾病中的差异表达基因。

3、基因结构解析：通过分析拼接转录本，可以揭示基因剪切变体和非编码RNA的存在。

4、新型病原体鉴定：针对未知病原体的测序数据，HISAT2可用于寻找其在已知基因库中的相似性。

四、HISAT2的技术细节

HISAT2的核心创新在于它的GFM索引，这种索引将全球单一索引分解为多个小型局部索引，每个索引覆盖56Kbp的基因组区域，总共需要55,000个这样的索引来覆盖整个人类基因组，这种方法降低了内存需求，加快了处理速度，HISAT2还支持转换核苷酸序列的比对，例如BS-seq和scSLAM-seq等新型测序技术，通过HISAT-3N实现。

五、FAQs

Q1: 如何更改HISAT2的输出文件格式？

A1: HISAT2默认输出SAM格式的文件，如果需要更改为其他格式，可以使用相应的参数或工具进行转换，使用samtools将SAM文件转换为BAM文件。

Q2: HISAT2如何处理测序数据中的低质量区域？

A2: HISAT2可以通过参数设置忽略或降低低质量区域的比对权重，可以使用--ignore-quals参数忽略所有质量值，或将质量值视为固定值（如30），还可以通过调整比对算法的参数来优化低质量区域的比对效果。

六、小编有话说

HISAT2作为一款高效且灵敏的基因组比对工具，在生物信息学领域具有广泛的应用前景，其独特的分层索引策略和强大的比对能力使得它成为处理高通量测序数据的理想选择，无论是初学者还是资深研究人员，都可以通过简单的命令行操作轻松上手HISAT2，并利用其强大的功能开展各种基因组学研究，随着技术的不断进步和应用的深入，相信HISAT2将在未来的生物信息学研究中发挥更加重要的作用。